レーザ光源モジュール及びレーザ光源モジュールの製造方法
【課題】受光素子を有するレーザ光源モジュールであって、小型化が可能な構成を備えるレーザ光源モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】レーザ光源モジュールは、レーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、レーザ光源を収納するケース部と、レーザ光を受光素子に導く光学素子と、を備え、ケース部には、光学素子によって導かれたレーザ光が照射される位置に開口が設けられており、受光素子は、開口の位置に配置されている。
【解決手段】レーザ光源モジュールは、レーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、レーザ光源を収納するケース部と、レーザ光を受光素子に導く光学素子と、を備え、ケース部には、光学素子によって導かれたレーザ光が照射される位置に開口が設けられており、受光素子は、開口の位置に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、プロジェクタやペッドアップディスプレイなどに用いられるレーザ光源モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ光を出力するレーザ光源モジュールが知られている。例えば、特許文献１には、金属板の上に受光素子と発光素子とを含む受発光部が設けられ、上面のガラス基板及び側面の封止基板により受発光部が封止された構成を備えるレーザ光源モジュールが開示されている。また、特許文献２には、基板と、半導体素子を含む内部構造物を封止するための気密構造を備え、端部で複数の配線を接続するためのリードフレームを配置したパッケージを備えると共に、基板とパッケージを構造接着剤により接着、封止する構造を有するレーザ光源モジュールが開示されている。また、特許文献３には、半導体レーザチップと、受光素子と、当該半導体レーザチップを収納するパッケージと、封止用透明部材とを有し、受光素子のモニタ電流に応じて半導体レーザチップの光出力が制御されるレーザ光源モジュールが開示されている。また、特許文献４には、各レーザ光源をチップ状態のまま位置調整後に固定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０３５８８４号公報
【特許文献２】特開２００３−０６９１２５号公報
【特許文献３】特開平１１−２７３１３８号公報
【特許文献４】特許第３９１４６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、発光素子や受光素子のチップを基板（ケース）上にマウントする際に、チャックなどの治具が入るスペース等を設ける必要がある。具体的には、特許文献４と同様、レーザ光源がチップ状態の場合、当該チップを治具でつかみながら位置決めして半田で固定した後、当該チップから治具を離す。そのため、治具が入るスペース及び治具を当該チップから離すのに必要なスペースが必要となる。これについて、図７を参照して説明する。図７（ａ）乃至（ｃ）は、基板のマウント面２０３上に、治具２０１によりチップ状のレーザ光源であるチップＬＤ２０２を取り付ける手順を簡略的に示す図である。図７（ｃ）に示すように、この場合、チップＬＤ２０２の幅に加えて、矢印２０４及び矢印２０５に相当するスペースを設ける必要がある。
【０００５】
また、一般に、受光素子をケースに取り付けるには、図８（ａ）に示すように、これを固定するための突部が必要となる。図８（ａ）は、マウント面２０３上に取り付けられた受光素子２０７及び受光素子２０７を固定するための突部２０８Ａ、２０８Ｂを示す。
【０００６】
以上を勘案すると、チップ状態のレーザ光源を固定する際に、治具が突部に干渉しないように、チップ状態のレーザ光源は、治具のために必要なスペース分、即ち、治具をいれるためのスペースとチャックをはずすためのスペースを確保して突部から離した位置にとりつけられることが必要となる。図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、チップＬＤ２０２を取り付けた後、受光素子２０７を同一の基板上のマウント面２０３に取り付ける手順を簡略的に示した図である。図８（ｂ）に示すように、突部２０８Ｂと、受光素子２０７との間には、矢印２０５に相当する幅だけ治具のスペースが設けられている。従って、図８（ｃ）に示すように、受光素子２０７をチップＬＤ２０２と同一の基板上であるマウント面２０３に取り付ける場合、矢印２０４の幅と突部２０８Ｂの幅に相当する幅分（矢印２０９参照）だけ、受光素子２０７とチップＬＤ２０２との間に間隔を設ける必要がある。
【０００７】
また、受光素子を他のチップと共に封止した場合、受光素子の電流経路としてリードフレームが必要となり、この場合、さらにその分のスペースが必要なる。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが一例として挙げられる。本発明は、受光素子を有するレーザ光源モジュールであって、小型化が可能な構成を備えるレーザ光源モジュール及びその製造方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、前記レーザ光源を収納するケース部と、前記レーザ光を前記受光素子に導く光学素子と、を備え、前記ケース部には、前記光学素子によって導かれた前記レーザ光が照射される位置に開口が設けられており、前記受光素子は、前記開口の位置に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、前記レーザ光を前記受光素子に導く光学素子と、前記レーザ光源を収納し、前記光学素子によって導かれた前記レーザ光が照射される位置に開口を備えるケース部と、を備えるレーザ光源モジュールの製造方法であって、前記光学素子を前記ケース部に取り付ける第１工程と、前記第１工程の実行後、前記レーザ光源を前記ケース部に取り付ける第２工程と、前記第２工程の実行後、前記受光素子を前記開口の位置に配置する第３工程と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図２】図１の矢印Ｙ１の方向からレーザ光源モジュールを図示したものである。
【図３】図１に示す切断面Ａａ−Ａｂによるレーザ光源モジュールの断面図である。
【図４】レーザ光源モジュールの製造方法の処理手順を示すフローチャートの一例である。
【図５】第２構成例に係る図３に相当するレーザ光源モジュールの断面図の一例である。
【図６】第３構成例に係る図３に相当するレーザ光源モジュールの断面図の一例である。
【図７】チップＬＤをマウント面上に載置する際に必要となるスペースについて説明した図である。
【図８】チップＬＤと受光素子とを同一の基板に取り付ける際に必要な間隔について説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態によれば、それぞれ波長が異なる複数のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる合成素子と、前記合成素子によって重ね合わせたレーザ光を出力する出力部と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、前記複数のレーザ光源と前記合成素子とを収納するケース部と、前記ケース部を封止する封止部と、を備え、前記受光素子は、前記封止部に取り付けられている。
【００１３】
上記のレーザ光源モジュールは、複数のレーザ光源と、合成素子と、出力部と、受光素子と、ケース部と、封止部と、を備える。合成素子は、レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる。出力部は、合成素子によって重ね合わせたレーザ光を出力する。受光素子は、レーザ光源から出射されたレーザ光の強度を検出する。ケース部は、レーザ光源と、合成素子とを収納する。封止部は、ケース部を封止する。そして、受光素子は、封止部に取り付けられている。
【００１４】
この実施形態によれば、受光素子は、封止部に取り付けられていることから、ケース部に受光素子を載置する際に必要な治具のスペースが必要ない。従って、レーザ光源モジュールを小型化することができる。
【００１５】
上記のレーザ光源モジュールの一態様では、前記レーザ光を集光して前記受光素子に入射させる集光レンズを備え、前記集光レンズは、前記封止部に取り付けられている。この態様では、集光性のある集光レンズを介してレーザ光を受光素子に入射させるため、受光効率を上げることができる。また、集光レンズは封止部に取り付けられるため、設置スペースを抑制することができる。
【００１６】
上記のレーザ光源モジュールの他の一態様では、前記集光レンズによって集光された光を反射して前記受光素子に入射させる反射ミラーを備え、前記反射ミラーは、前記封止部に取り付けられているか当該封止部と一体形成されている。この態様では、合成素子と、集光レンズと、受光素子とが直線状に配置されていない場合であっても、反射ミラーによりレーザ光を反射させることで、受光素子にレーザ光を受光させることができる。従って、受光素子の設置場所を柔軟に定めることができる。また、反射ミラーは封止部に取り付けられ又は一体形成されるため、設置スペースを抑制することができる。
【００１７】
上記のレーザ光源モジュールの他の一態様では、前記封止部は、前記レーザ光が透過可能であり、前記受光素子は、前記ケース部と前記封止部とにより封止されない位置に取り付けられ、前記受光素子と接着し、前記受光素子が生成した信号を伝送するプリント基板をさらに備える。この態様では、レーザ光源モジュールは、受光素子が封止されない位置に取り付けられていることから、受光素子とプリント基板とが直接電気的に接続される。従って、この態様では、レーザ光源モジュールは、リードフレームを必要としない。従って、さらにレーザ光源モジュールを小型化することができる。
【００１８】
上記のレーザ光源モジュールの他の一態様では、前記封止部は、前記ケース部と対向する面の反対面に凹部を有し、前記プリント基板は、前記凹部を覆う位置であって、前記受光素子が前記凹部に収納される位置に、前記反対面に対して接着される。この態様では、プリント基板を曲げることなく受光素子の位置を調整することができ、プリント基板にかかる応力を低減させることができる。また、受光素子を凹部に収納することで、ケース部内のスペースを有効活用することができ、レーザ光源モジュールを小型化することができる。
【００１９】
レーザ光源モジュールの製造方法の好適な実施形態では、それぞれ波長が異なる複数のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる合成素子と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、前記複数のレーザ光源と前記合成素子とを収納するケース部と、前記ケース部を封止する封止部と、を備え、前記合成素子によって重ね合わせたレーザ光を出力するレーザ光源モジュールの製造方法であって、前記複数のレーザ光源と、前記合成素子とを前記ケース部に取り付ける第１工程と、前記第１工程の実行後、前記ケース部を封止する位置に、前記封止部を取り付ける第２工程と、前記第２工程の実行後、前記受光素子を前記封止部に取り付ける第３工程と、を備える。
【００２０】
上述の製造方法によれば、レーザ光源及び合成素子をケース部に取り付け、さらに封止部をケース部に取り付けた後、受光素子を封止部に取り付ける。これにより、ケース部に受光素子を設置するための治具のスペースが不要であると共に、受光素子が封止されていないため、リードフレームが不要となる。従って、上述の製造手順に基づきレーザ光源モジュールを製造することで、レーザ光源モジュールの小型化を実現することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
【００２２】
図１は、本実施例に係るレーザ光源ユニット１の概略構成図である。図１に示すように、レーザ光源ユニット１は、画像信号入力部２と、コントロールユニット２０と、レーザ光源モジュール１００と、ＭＥＭＳミラー１０と、を備える。なお、図１は、レーザ光源モジュール１００を俯瞰した状態で示し、説明の便宜上、封止透明カバー４を一点鎖線により外縁部分のみ示す。また、図１では、レーザ光の代表的な光路を、矢印付きの破線により表示している。さらに、図１において、直接視認できない要素を適宜破線枠付きの斜線により図示している。
【００２３】
レーザ光源モジュール１００は、概略的には、赤色レーザ光源ＬＤ１、緑色レーザ光源ＬＤ２、及び青色レーザ光源ＬＤ３から出射したそれぞれ波長が異なる光をプリズムＰＺによって重ね合わせたレーザ光を出力すると共に、当該レーザ光を受光素子ＰＤにより検出する。レーザ光源モジュール１００は、図１に示すように、主に、ケース部３と、封止透明カバー４と、プリズムＰＺと、赤色レーザ光源ＬＤ１及び緑色レーザ光源ＬＤ２及び青色レーザ光源ＬＤ３（単に、「レーザ光源ＬＤ」とも総称する。）と、受光素子ＰＤと、プリント基板５と、出力用レンズ６と、を備える。
【００２４】
ケース部３は、プリズムＰＺ、赤色レーザ光源ＬＤ１、緑色レーザ光源ＬＤ２、青色レーザ光源ＬＤ３、及び出力用レンズ６を収納するケース部であり、上面３２が一部開放されて形成される。そして、ケース部３は、封止透明カバー４により封止された状態で略直方体状に形成される。
【００２５】
封止透明カバー４は、光の透過性を有し、ケース部３を上面３２から封止する。封止透明カバー４は、ケース部３と対向する面の反対面である表面４１に対して凹状に形成された受光素子ＰＤを収納する収納部４０を備える。そして、封止透明カバー４は、本発明における「封止部」の一例であり、収納部４０は、本発明における「凹部」の一例である。封止透明カバー４の詳細については後述する。
【００２６】
プリズム（合成素子）ＰＺは、例えばトリクロイックプリズムであり、赤色レーザ光源ＬＤ１から出射されたレーザ光を出力用レンズ６へ向かって透過させると共に、当該レーザ光の一部を反射面９２ｂで受光素子ＰＤに向かって反射させる。また、プリズムＰＺは、緑色レーザ光源ＬＤ２から出射されたレーザ光を反射面９２ａで出力用レンズ６に向かって反射させると共に、当該反射させたレーザ光の一部を反射面９２ｂで受光素子ＰＤに向かって反射させる。さらに、プリズムＰＺは、青色レーザ光源ＬＤ３から出射されたレーザ光を受光素子ＰＤに向かって透過させると共に、当該レーザ光の一部を反射面９２ｂで出力用レンズ６に向かって反射させる。このようにすることで、プリズムＰＺは、各レーザ光源ＬＤからの出射光を重ね合わせ、重ね合わせた後のレーザ光を、それぞれ出力用レンズ６及び受光素子ＰＤに供給する。プリズムＰＺは、図１に示す平面視で、Ｙ方向においては受光素子ＰＤ及び緑色レーザ光源ＬＤ２と青色レーザ光源ＬＤ３との間、かつ、Ｘ方向においては出力用レンズ６と赤色レーザ光源ＬＤ１との間に設置される。
【００２７】
赤色レーザ光源ＬＤ１は、チップ状態のレーザ光源であり、赤色のレーザ光を出射する。赤色レーザ光源ＬＤ１は、Ｘ方向においてケース部３内のプリズムＰＺ及び出力用レンズ６と略直線上に配置され、後述する図２に示すマウント部３０上に固定されている。
【００２８】
緑色レーザ光源ＬＤ２は、チップ状態のレーザ光源であり、緑色のレーザ光を出射する。緑色レーザ光源ＬＤ２は、マウント部３０上であって出射したレーザ光が反射面９２ａによって出力用レンズ６へ向かって反射される位置に固定されている。
【００２９】
青色レーザ光源ＬＤ３は、ＣＡＮパッケージに取り付けられた状態のレーザ光源であり、青色のレーザ光を出射する。具体的には、青色レーザ光源ＬＤ３は、ＣＡＮパッケージ内に青色のレーザ光を発生する半導体レーザ光源チップＢが取り付けられており、ケース部３の側面部３７ａに形成された孔に嵌め込まれて固定されている。青色レーザ光源ＬＤ３と、反射面９２ｂと、受光素子ＰＤとは、この順序に従い図１に示す平面視でＹ方向に略直線上の位置になるように配置される。
【００３０】
なお、青色レーザ光源ＬＤ３は、フレームパッケージに取り付けられた状態であってもよい。また、青色レーザ光源ＬＤ３に代えて、赤色レーザ光源ＬＤ１又は緑色レーザ光源ＬＤ２がＣＡＮパッケージ又はフレームパッケージに取り付けられてもよい。また、青色レーザ光源ＬＤ３を、赤色レーザ光源ＬＤ１、緑色レーザ光源ＬＤ２と同様にチップ状態のレーザ光源とし、全てのレーザ光源をチップ状態のレーザ光源としてもよい。
【００３１】
出力用レンズ６は、プリズムＰＺから入射したレーザ光を平行光にしてＭＥＭＳミラー１０へ出射するコリメータレンズである。出力用レンズ６は、例えばＵＶ系接着剤などにより、青色レーザ光源ＬＤ３が設置される側面部３７ａと直交する側面部３７ｂに形成された孔に嵌め込まれて固定される。出力用レンズ６は、本発明における「出力部」の一例である。
【００３２】
画像信号入力部２は、外部から入力される画像信号を受信してコントロールユニット２０に出力する。
【００３３】
ＭＥＭＳミラー１０は、レーザ光源モジュール１００から出射されたレーザ光をスクリーン１１に向けて反射する。また、ＭＥＭＳミラー１０は、画像信号入力部２に入力された画像を表示するためにコントロールユニット２０からの制御によりスクリーン１１上を走査するように回転し、その際の走査位置情報１０ｘ（例えば当該ミラーの角度などの情報）をコントロールユニット２０へ出力する。
【００３４】
受光素子（フォトダイオード）ＰＤは、プリズムＰＺで合成されたレーザ光の強度をモニタするための光検出器である。受光素子ＰＤは、所定面がプリント基板５に接着されている。そして、受光素子ＰＤは、収納部４０内に載置される。このように、受光素子ＰＤは、ケース部３と封止透明カバー４とにより封止されない位置に載置される。そして、受光素子ＰＤは、受光したレーザ光の強度に応じた電流又は電圧の信号Ｓｐｄ（「検出信号」とも呼ぶ。）を生成し、プリント基板５を介してコントロールユニット２０に当該検出信号Ｓｐｄを供給する。
【００３５】
プリント基板５は、ケース部３と対向する面と反対面である封止透明カバー４の表面４１上であって、収納部４０を覆う位置に固定される。プリント基板５は、コントロールユニット２０及び受光素子ＰＤと電気的に接続している。
【００３６】
コントロールユニット２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びフレームメモリなどを有し、レーザ光源ユニット１の全般的な制御を行う。例えば、コントロールユニット２０は、画像信号入力部２から入力される画像信号、ＭＥＭＳミラー１０から入力される走査位置情報１０ｘに基づいて、ＭＥＭＳミラー１０やレーザ光源ＬＤの駆動制御を行う。また、コントロールユニット２０は、受光素子ＰＤから供給された検出信号に基づき、レーザ光の品質の監視を行う。
【００３７】
ここで、レーザ光源モジュール１００の構成について、図２及び図３を参照してさらに詳細に説明する。
【００３８】
図２は、図１の矢印「Ｙ１」の方向からレーザ光源モジュール１００を図示したものである。また、図３は、図１に示す切断面Ａａ−Ａｂによるレーザ光源モジュール１００の断面図である。なお、図２では、説明の便宜上、ケース部３を透過して破線により図示している。また、以後では、垂直上方向「ＶＨ」とは、マウント部３０に対して封止透明カバー４が存在する方向を指し、垂直下方向「ＶＬ」とは、その逆方向を指す。
【００３９】
図２に示すように、ケース部３の底部３８には、赤色レーザ光源ＬＤ１、緑色レーザ光源ＬＤ２及びプリズムＰＺの位置を調整するためのマウント部３０が設けられている。これにより、垂直上方向ＶＨを基準とした、赤色レーザ光源ＬＤ１、緑色レーザ光源ＬＤ２及びプリズムＰＺから入出力される光の高さが調整されている。
【００４０】
また、図２及び図３に示すように、封止透明カバー４は、収納部４０の底面４１１上に形成され、集光レンズ６０及び反射ミラー６１が固定される突設部４４を備える。突設部４４は、収納部４０の底面４１１に対し垂直下方向ＶＬに向かって形成された６面体の形状を有する。そして、突設部４４は、プリズムＰＺと対向するプリズム対向側面４４０に、集光レンズ６０が設置される。また、突設部４４は、プリズム対向側面４４０と対向し、図２の側面視で、底面４１１と約４５度をなす斜面４４１を有する。そして、斜面４４１には、集光レンズ６０から突設部４４を透過したレーザ光を垂直上方向ＶＨに反射する反射ミラー６１が取り付けられている。なお、反射ミラー６１は、斜面４４１と一体形成されていてもよい。
【００４１】
好適には、突設部４４及び収納部４０は、ケース部３を封止透明カバー４で封止した状態で、プリズムＰＺやレーザ光源ＬＤ等のケース部３に載置するチップを取り付ける際に必要となる治具のスペースを利用した位置に設計される。
【００４２】
そして、図２及び図３に示すように、集光レンズ６０は、プリズムＰＺから出射されたレーザ光が反射ミラー６１に向けられるように集光する。そして、反射ミラー６１は、集光レンズ６０から底面４１１に対し略平行に通過したレーザ光を、垂直上方向ＶＨに存在する受光素子ＰＤへ向けて反射する。そして、受光素子ＰＤは、入射したレーザ光に応じた検出信号Ｓｐｄを生成する。
【００４３】
ここで、図１乃至図３に示すレーザ光源モジュール１００の構成に基づく主な作用及び効果について説明する。
【００４４】
図１乃至図３に示すように、プリズムＰＺや各レーザ光源ＬＤ等がケース部３に取り付けられているのと異なり、受光素子ＰＤは、封止透明カバー４に取り付けられている。これにより、受光素子ＰＤを取り付ける際に必要な突部（図８（ａ）乃至（ｃ）の突部２０８Ａ、Ｂ参照。）、及び、当該突部とレーザ光源ＬＤとの間の治具のスペース分（図７（ｃ）及び図８（ｂ）の矢印２０５参照。）をケース部３に設ける必要がない。従って、レーザ光源モジュール１００の小型化が可能である。
【００４５】
また、好適には、封止透明カバー４及びこれに付設される受光素子ＰＤ及び集光レンズ６０並びに反射ミラー６１の設置位置は、チップ状態のレーザ光源ＬＤをケース部３に取り付ける際に必要な治具のスペースを活用した位置に設計される。従って、レーザ光源モジュール１００の小型化が可能である。
【００４６】
また、受光素子ＰＤは、封止透明カバー４の表面４１に対して凹状に形成された収納部４０に収納され、封止透明カバー４によりケース部３内に封止されない位置に配置される。従って、レーザ光源モジュール１００は、プリント基板５に対して受光素子ＰＤが直接に接着されるため、リードフレームを必要としない。よって、リードフレームを設置しない分、レーザ光源モジュール１００の小型化が可能である。
【００４７】
さらに、プリント基板５は、表面４１と同一面上に延在した状態で、受光素子ＰＤを支持している。即ち、プリント基板５は、曲げられることなく、受光素子ＰＤと接着し、かつ表面４１に貼り付けられている。従って、上述の実施例では、プリント基板５には、曲げ応力がかからない。
【００４８】
また、受光素子ＰＤは、上述のように、封止透明カバー４の表面４１に対して凹状に形成された収納部４０に収納されている。これにより、ケース部３内のスペースを有効活用することができ、レーザ光源モジュール１００の小型化が可能である。
【００４９】
また、受光素子ＰＤは、集光性のある集光レンズ６０を介してレーザ光を受光する。従って、レーザ光源モジュール１００は、集光レンズ６０を有することで受光効率を高めることができる。
【００５０】
（製造方法）
次に、レーザ光源モジュール１００の製造方法について、図４を参照して説明する。図４は、レーザ光源モジュール１００を組み立てる手順を示すフローチャートの一例である。
【００５１】
まず、予めプリズムＰＺが取り付けられているケース部３にＣＡＮレーザ（即ち、青色レーザ光源ＬＤ３）を取り付ける（ステップＳ１）。この際、ケース部３に対してＣＡＮレーザを所定の取り付け位置に固定するのみであり、その他の調整は行わない。
【００５２】
次に、出力用レンズ６のケース部３に対する取り付け位置を調整する（ステップＳ２）。具体的には、青色レーザ光源ＬＤ３の出射光の位置がレーザ光源モジュール１００の外部に設けられたターゲット上の目標位置と合っているか、ターゲット上の光径が予め定めた大きさになっているか否か判断する。そして、出射光の位置が目標位置と合い光径が予め定めた大きさになっている場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、その位置に出力用レンズ６を固定する（ステップＳ４）。一方、出射光の位置が目標位置と合っておらず、又は、光径が予め定めた大きさになってない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、引き続きステップＳ２で出力用レンズ６の取り付け位置を調整する。
【００５３】
次に、赤色レーザ光源ＬＤ１又は緑色レーザ光源ＬＤ２のいずれか一方（以後、「第１チップ」とも呼ぶ。）のケース部３に対する固定位置の調整を行う（ステップＳ５）。具体的には、第１チップをチャック等で掴み触針を落として点燈させながら第１チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３の出射光の位置及び光径と一致するように調整する。そして、第１チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３の出射光の位置及び光径と一致する場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、半田などにより第１チップを固定する（ステップＳ７）。一方、第１チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３の出射光の位置及び光径と一致していない場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、引き続きステップＳ５で第１チップの位置を調整する。
【００５４】
次に、赤色レーザ光源ＬＤ１又は緑色レーザ光源ＬＤ２のうち、ステップＳ７で固定していないレーザ光源ＬＤ（「第２チップ」とも呼ぶ。）の固定位置の調整を行う（ステップＳ８）。具体的には、ステップＳ５と同様、第２チップをチャック等で掴み触針を落として点燈させながら第２チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３と第１チップとの出射光の位置及び光径と一致するように調整する。そして、第２チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３と第１チップとの出射光の位置及び光径と一致する場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、半田などにより第２チップを固定する（ステップＳ１０）。一方、第２チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３と第１チップとの出射光の位置及び光径と一致していない場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、引き続きステップＳ８で第２チップの位置を調整する。
【００５５】
次に、封止透明カバー４をケース部３に取り付ける（ステップＳ１１）。これにより、ケース部３の内部が封止透明カバー４により封止される。そして、プリント基板５に予め接着して固定された受光素子ＰＤの位置調整を行う（ステップＳ１２）。具体的には、受光素子ＰＤ及びプリント基板５をチャック等で掴み、受光素子ＰＤの検出信号Ｓｐｄをモニタしながら、プリズムＰＺにより合成されたレーザ光が正確に検出されているか否かを判断する。これにより、受光素子ＰＤは、プリズムＰＺで合成されて反射ミラー６１で反射したレーザ光が達する位置に調整される。そして、受光素子ＰＤによりレーザ光が検出されていると判断した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、接着剤などを用いて封止透明カバー４の表面４１にプリント基板５を固定する（ステップＳ１４）。一方、受光素子ＰＤによりレーザ光が正しく検出されていないと判断した場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、引き続きＳ１２で受光素子ＰＤの位置を調整する。
【００５６】
このように、受光素子ＰＤは、ＣＡＮレーザ、第１チップ及び第２チップと異なり、封止透明カバー４がケース部３に取り付けられた後、封止透明カバー４に対して位置調整がなされる。従って、この場合、ケース部３の内部には、チャック等の治具で受光素子ＰＤを取り付ける際に必要な当該治具のスペースが必要ない。よって、レーザ光源モジュール１００の小型化を実現することができる。
【００５７】
（他の構成例）
図１乃至図３で示した構成（「第１構成例」とも呼ぶ。）は一例であり、本発明が適用可能なレーザ光源モジュール１００の構成は、これに限定されない。ここで、図５及び図６を参照して、本発明に適用可能なレーザ光源モジュール１００の他の構成例である第２構成例及び第３構成例について説明する。なお、第１構成例と同様の部分については、適宜同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
図５は、第２構成例に係る図３に相当するレーザ光源モジュール１００の断面図の一例である。図５に示すように、第２構成例に係るレーザ光源モジュール１００は、反射ミラー６１を有しない点で、第１構成例と異なる。
【００５９】
図５に示すように、受光素子ＰＤが設置される収納部４０Ａは、垂直下方向ＶＬを基準として、プリズムＰＺの出射光が到達可能な範囲まで延在している。そして、集光レンズ６０は、収納部４０Ａの外側面であってプリズムＰＺと対向するプリズム対向側面４００に固定される。そして、受光素子ＰＤは、収納部４０Ａ内であって、プリズムＰＺ及び集光レンズ６０と略直線上となる位置に固定される。言い換えると、受光素子ＰＤは、プリズムＰＺから出射されて集光レンズ６０を通過したレーザ光が入射可能な位置に設けられる。
【００６０】
また、プリント基板５は、表面４１と接着するカバー接着部５１と、受光素子ＰＤと接着する受光素子接着部５２と、を同一面上に有する。図５に示すように、カバー接着部５１及び受光素子接着部５２は、互いが垂直となる方向に延在している。従って、プリント基板５は、表面４１の延在方向と垂直下方向ＶＬとに向けて曲げられた状態で固定されている。そして、受光素子ＰＤが生成する検出信号は、プリント基板５を介してコントロールユニット２０へ供給される。
【００６１】
図６は、第３構成例に係る図３に相当するレーザ光源モジュール１００の断面図の一例である。図６に示すように、第３構成例に係るレーザ光源モジュール１００は、集光レンズ６０及び反射ミラー６１を有しない点で、第１構成例と異なり、集光レンズ６０を有しない点で、第２構成例と異なる。
【００６２】
図６に示すように、第３構成例では、第２構成例と同様、受光素子ＰＤは、収納部４０Ａ内であって、プリズムＰＺ及び集光レンズ６０と略直線上となる位置に固定される。そして、プリズムＰＺから出射されたレーザ光は、プリズム対向側面４００を透過して受光素子ＰＤへ入射する。プリント基板５は、第２構成例と同様、表面４１と接着するカバー接着部５１と、受光素子ＰＤと接着する受光素子接着部５２と、を有し、表面４１の延在方向と垂直下方向ＶＬとに向けて曲げられた状態で固定されている。そして、受光素子ＰＤが生成する検出信号は、プリント基板５を介してコントロールユニット２０へ供給される。
【００６３】
以上のように、第２構成例及び第３構成例の場合であっても、レーザ光源モジュール１００は、封止透明カバー４に受光素子ＰＤが取り付けられ、受光素子ＰＤと直接接続したプリント基板５を介してプリズムＰＺで合成されたレーザ光の検出信号がコントロールユニット２０へ供給される。従って、第２構成例及び第３構成例によっても、レーザ光源モジュール１００は、チャック等の治具で受光素子ＰＤを取り付ける際に必要な当該治具のスペースをケース部３の内部に必要としないため、小型化が実現される。また、第１構成例と同様、第２構成例及び第３構成例に係るレーザ光源モジュール１００は、リードフレームを必要としないため、リードフレームを必要とする構成に比べて、小型化が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、ヘッドアップディスプレイの光源ユニット、その他映像や画像を投影する際に光源となる光源モジュールに好適に適用される。
【符号の説明】
【００６５】
１ レーザ光源ユニット
２ 画像信号入力部
３ ケース部
４ 封止透明カバー
５ プリント基板
６ 出力用レンズ
１１ スクリーン
２０ コントロールユニット
１００ レーザ光源モジュール
ＬＤ１ 赤色レーザ光源
ＬＤ２ 緑色レーザ光源
ＬＤ３ 青色レーザ光源
ＰＺ プリズム
ＰＤ フォトダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、プロジェクタやペッドアップディスプレイなどに用いられるレーザ光源モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ光を出力するレーザ光源モジュールが知られている。例えば、特許文献１には、金属板の上に受光素子と発光素子とを含む受発光部が設けられ、上面のガラス基板及び側面の封止基板により受発光部が封止された構成を備えるレーザ光源モジュールが開示されている。また、特許文献２には、基板と、半導体素子を含む内部構造物を封止するための気密構造を備え、端部で複数の配線を接続するためのリードフレームを配置したパッケージを備えると共に、基板とパッケージを構造接着剤により接着、封止する構造を有するレーザ光源モジュールが開示されている。また、特許文献３には、半導体レーザチップと、受光素子と、当該半導体レーザチップを収納するパッケージと、封止用透明部材とを有し、受光素子のモニタ電流に応じて半導体レーザチップの光出力が制御されるレーザ光源モジュールが開示されている。また、特許文献４には、各レーザ光源をチップ状態のまま位置調整後に固定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０３５８８４号公報
【特許文献２】特開２００３−０６９１２５号公報
【特許文献３】特開平１１−２７３１３８号公報
【特許文献４】特許第３９１４６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、発光素子や受光素子のチップを基板（ケース）上にマウントする際に、チャックなどの治具が入るスペース等を設ける必要がある。具体的には、特許文献４と同様、レーザ光源がチップ状態の場合、当該チップを治具でつかみながら位置決めして半田で固定した後、当該チップから治具を離す。そのため、治具が入るスペース及び治具を当該チップから離すのに必要なスペースが必要となる。これについて、図７を参照して説明する。図７（ａ）乃至（ｃ）は、基板のマウント面２０３上に、治具２０１によりチップ状のレーザ光源であるチップＬＤ２０２を取り付ける手順を簡略的に示す図である。図７（ｃ）に示すように、この場合、チップＬＤ２０２の幅に加えて、矢印２０４及び矢印２０５に相当するスペースを設ける必要がある。
【０００５】
また、一般に、受光素子をケースに取り付けるには、図８（ａ）に示すように、これを固定するための突部が必要となる。図８（ａ）は、マウント面２０３上に取り付けられた受光素子２０７及び受光素子２０７を固定するための突部２０８Ａ、２０８Ｂを示す。
【０００６】
以上を勘案すると、チップ状態のレーザ光源を固定する際に、治具が突部に干渉しないように、チップ状態のレーザ光源は、治具のために必要なスペース分、即ち、治具をいれるためのスペースとチャックをはずすためのスペースを確保して突部から離した位置にとりつけられることが必要となる。図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、チップＬＤ２０２を取り付けた後、受光素子２０７を同一の基板上のマウント面２０３に取り付ける手順を簡略的に示した図である。図８（ｂ）に示すように、突部２０８Ｂと、受光素子２０７との間には、矢印２０５に相当する幅だけ治具のスペースが設けられている。従って、図８（ｃ）に示すように、受光素子２０７をチップＬＤ２０２と同一の基板上であるマウント面２０３に取り付ける場合、矢印２０４の幅と突部２０８Ｂの幅に相当する幅分（矢印２０９参照）だけ、受光素子２０７とチップＬＤ２０２との間に間隔を設ける必要がある。
【０００７】
また、受光素子を他のチップと共に封止した場合、受光素子の電流経路としてリードフレームが必要となり、この場合、さらにその分のスペースが必要なる。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが一例として挙げられる。本発明は、受光素子を有するレーザ光源モジュールであって、小型化が可能な構成を備えるレーザ光源モジュール及びその製造方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、前記レーザ光源を収納するケース部と、前記レーザ光を前記受光素子に導く光学素子と、を備え、前記ケース部には、前記光学素子によって導かれた前記レーザ光が照射される位置に開口が設けられており、前記受光素子は、前記開口の位置に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、前記レーザ光を前記受光素子に導く光学素子と、前記レーザ光源を収納し、前記光学素子によって導かれた前記レーザ光が照射される位置に開口を備えるケース部と、を備えるレーザ光源モジュールの製造方法であって、前記光学素子を前記ケース部に取り付ける第１工程と、前記第１工程の実行後、前記レーザ光源を前記ケース部に取り付ける第２工程と、前記第２工程の実行後、前記受光素子を前記開口の位置に配置する第３工程と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図２】図１の矢印Ｙ１の方向からレーザ光源モジュールを図示したものである。
【図３】図１に示す切断面Ａａ−Ａｂによるレーザ光源モジュールの断面図である。
【図４】レーザ光源モジュールの製造方法の処理手順を示すフローチャートの一例である。
【図５】第２構成例に係る図３に相当するレーザ光源モジュールの断面図の一例である。
【図６】第３構成例に係る図３に相当するレーザ光源モジュールの断面図の一例である。
【図７】チップＬＤをマウント面上に載置する際に必要となるスペースについて説明した図である。
【図８】チップＬＤと受光素子とを同一の基板に取り付ける際に必要な間隔について説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態によれば、それぞれ波長が異なる複数のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる合成素子と、前記合成素子によって重ね合わせたレーザ光を出力する出力部と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、前記複数のレーザ光源と前記合成素子とを収納するケース部と、前記ケース部を封止する封止部と、を備え、前記受光素子は、前記封止部に取り付けられている。
【００１３】
上記のレーザ光源モジュールは、複数のレーザ光源と、合成素子と、出力部と、受光素子と、ケース部と、封止部と、を備える。合成素子は、レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる。出力部は、合成素子によって重ね合わせたレーザ光を出力する。受光素子は、レーザ光源から出射されたレーザ光の強度を検出する。ケース部は、レーザ光源と、合成素子とを収納する。封止部は、ケース部を封止する。そして、受光素子は、封止部に取り付けられている。
【００１４】
この実施形態によれば、受光素子は、封止部に取り付けられていることから、ケース部に受光素子を載置する際に必要な治具のスペースが必要ない。従って、レーザ光源モジュールを小型化することができる。
【００１５】
上記のレーザ光源モジュールの一態様では、前記レーザ光を集光して前記受光素子に入射させる集光レンズを備え、前記集光レンズは、前記封止部に取り付けられている。この態様では、集光性のある集光レンズを介してレーザ光を受光素子に入射させるため、受光効率を上げることができる。また、集光レンズは封止部に取り付けられるため、設置スペースを抑制することができる。
【００１６】
上記のレーザ光源モジュールの他の一態様では、前記集光レンズによって集光された光を反射して前記受光素子に入射させる反射ミラーを備え、前記反射ミラーは、前記封止部に取り付けられているか当該封止部と一体形成されている。この態様では、合成素子と、集光レンズと、受光素子とが直線状に配置されていない場合であっても、反射ミラーによりレーザ光を反射させることで、受光素子にレーザ光を受光させることができる。従って、受光素子の設置場所を柔軟に定めることができる。また、反射ミラーは封止部に取り付けられ又は一体形成されるため、設置スペースを抑制することができる。
【００１７】
上記のレーザ光源モジュールの他の一態様では、前記封止部は、前記レーザ光が透過可能であり、前記受光素子は、前記ケース部と前記封止部とにより封止されない位置に取り付けられ、前記受光素子と接着し、前記受光素子が生成した信号を伝送するプリント基板をさらに備える。この態様では、レーザ光源モジュールは、受光素子が封止されない位置に取り付けられていることから、受光素子とプリント基板とが直接電気的に接続される。従って、この態様では、レーザ光源モジュールは、リードフレームを必要としない。従って、さらにレーザ光源モジュールを小型化することができる。
【００１８】
上記のレーザ光源モジュールの他の一態様では、前記封止部は、前記ケース部と対向する面の反対面に凹部を有し、前記プリント基板は、前記凹部を覆う位置であって、前記受光素子が前記凹部に収納される位置に、前記反対面に対して接着される。この態様では、プリント基板を曲げることなく受光素子の位置を調整することができ、プリント基板にかかる応力を低減させることができる。また、受光素子を凹部に収納することで、ケース部内のスペースを有効活用することができ、レーザ光源モジュールを小型化することができる。
【００１９】
レーザ光源モジュールの製造方法の好適な実施形態では、それぞれ波長が異なる複数のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる合成素子と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、前記複数のレーザ光源と前記合成素子とを収納するケース部と、前記ケース部を封止する封止部と、を備え、前記合成素子によって重ね合わせたレーザ光を出力するレーザ光源モジュールの製造方法であって、前記複数のレーザ光源と、前記合成素子とを前記ケース部に取り付ける第１工程と、前記第１工程の実行後、前記ケース部を封止する位置に、前記封止部を取り付ける第２工程と、前記第２工程の実行後、前記受光素子を前記封止部に取り付ける第３工程と、を備える。
【００２０】
上述の製造方法によれば、レーザ光源及び合成素子をケース部に取り付け、さらに封止部をケース部に取り付けた後、受光素子を封止部に取り付ける。これにより、ケース部に受光素子を設置するための治具のスペースが不要であると共に、受光素子が封止されていないため、リードフレームが不要となる。従って、上述の製造手順に基づきレーザ光源モジュールを製造することで、レーザ光源モジュールの小型化を実現することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
【００２２】
図１は、本実施例に係るレーザ光源ユニット１の概略構成図である。図１に示すように、レーザ光源ユニット１は、画像信号入力部２と、コントロールユニット２０と、レーザ光源モジュール１００と、ＭＥＭＳミラー１０と、を備える。なお、図１は、レーザ光源モジュール１００を俯瞰した状態で示し、説明の便宜上、封止透明カバー４を一点鎖線により外縁部分のみ示す。また、図１では、レーザ光の代表的な光路を、矢印付きの破線により表示している。さらに、図１において、直接視認できない要素を適宜破線枠付きの斜線により図示している。
【００２３】
レーザ光源モジュール１００は、概略的には、赤色レーザ光源ＬＤ１、緑色レーザ光源ＬＤ２、及び青色レーザ光源ＬＤ３から出射したそれぞれ波長が異なる光をプリズムＰＺによって重ね合わせたレーザ光を出力すると共に、当該レーザ光を受光素子ＰＤにより検出する。レーザ光源モジュール１００は、図１に示すように、主に、ケース部３と、封止透明カバー４と、プリズムＰＺと、赤色レーザ光源ＬＤ１及び緑色レーザ光源ＬＤ２及び青色レーザ光源ＬＤ３（単に、「レーザ光源ＬＤ」とも総称する。）と、受光素子ＰＤと、プリント基板５と、出力用レンズ６と、を備える。
【００２４】
ケース部３は、プリズムＰＺ、赤色レーザ光源ＬＤ１、緑色レーザ光源ＬＤ２、青色レーザ光源ＬＤ３、及び出力用レンズ６を収納するケース部であり、上面３２が一部開放されて形成される。そして、ケース部３は、封止透明カバー４により封止された状態で略直方体状に形成される。
【００２５】
封止透明カバー４は、光の透過性を有し、ケース部３を上面３２から封止する。封止透明カバー４は、ケース部３と対向する面の反対面である表面４１に対して凹状に形成された受光素子ＰＤを収納する収納部４０を備える。そして、封止透明カバー４は、本発明における「封止部」の一例であり、収納部４０は、本発明における「凹部」の一例である。封止透明カバー４の詳細については後述する。
【００２６】
プリズム（合成素子）ＰＺは、例えばトリクロイックプリズムであり、赤色レーザ光源ＬＤ１から出射されたレーザ光を出力用レンズ６へ向かって透過させると共に、当該レーザ光の一部を反射面９２ｂで受光素子ＰＤに向かって反射させる。また、プリズムＰＺは、緑色レーザ光源ＬＤ２から出射されたレーザ光を反射面９２ａで出力用レンズ６に向かって反射させると共に、当該反射させたレーザ光の一部を反射面９２ｂで受光素子ＰＤに向かって反射させる。さらに、プリズムＰＺは、青色レーザ光源ＬＤ３から出射されたレーザ光を受光素子ＰＤに向かって透過させると共に、当該レーザ光の一部を反射面９２ｂで出力用レンズ６に向かって反射させる。このようにすることで、プリズムＰＺは、各レーザ光源ＬＤからの出射光を重ね合わせ、重ね合わせた後のレーザ光を、それぞれ出力用レンズ６及び受光素子ＰＤに供給する。プリズムＰＺは、図１に示す平面視で、Ｙ方向においては受光素子ＰＤ及び緑色レーザ光源ＬＤ２と青色レーザ光源ＬＤ３との間、かつ、Ｘ方向においては出力用レンズ６と赤色レーザ光源ＬＤ１との間に設置される。
【００２７】
赤色レーザ光源ＬＤ１は、チップ状態のレーザ光源であり、赤色のレーザ光を出射する。赤色レーザ光源ＬＤ１は、Ｘ方向においてケース部３内のプリズムＰＺ及び出力用レンズ６と略直線上に配置され、後述する図２に示すマウント部３０上に固定されている。
【００２８】
緑色レーザ光源ＬＤ２は、チップ状態のレーザ光源であり、緑色のレーザ光を出射する。緑色レーザ光源ＬＤ２は、マウント部３０上であって出射したレーザ光が反射面９２ａによって出力用レンズ６へ向かって反射される位置に固定されている。
【００２９】
青色レーザ光源ＬＤ３は、ＣＡＮパッケージに取り付けられた状態のレーザ光源であり、青色のレーザ光を出射する。具体的には、青色レーザ光源ＬＤ３は、ＣＡＮパッケージ内に青色のレーザ光を発生する半導体レーザ光源チップＢが取り付けられており、ケース部３の側面部３７ａに形成された孔に嵌め込まれて固定されている。青色レーザ光源ＬＤ３と、反射面９２ｂと、受光素子ＰＤとは、この順序に従い図１に示す平面視でＹ方向に略直線上の位置になるように配置される。
【００３０】
なお、青色レーザ光源ＬＤ３は、フレームパッケージに取り付けられた状態であってもよい。また、青色レーザ光源ＬＤ３に代えて、赤色レーザ光源ＬＤ１又は緑色レーザ光源ＬＤ２がＣＡＮパッケージ又はフレームパッケージに取り付けられてもよい。また、青色レーザ光源ＬＤ３を、赤色レーザ光源ＬＤ１、緑色レーザ光源ＬＤ２と同様にチップ状態のレーザ光源とし、全てのレーザ光源をチップ状態のレーザ光源としてもよい。
【００３１】
出力用レンズ６は、プリズムＰＺから入射したレーザ光を平行光にしてＭＥＭＳミラー１０へ出射するコリメータレンズである。出力用レンズ６は、例えばＵＶ系接着剤などにより、青色レーザ光源ＬＤ３が設置される側面部３７ａと直交する側面部３７ｂに形成された孔に嵌め込まれて固定される。出力用レンズ６は、本発明における「出力部」の一例である。
【００３２】
画像信号入力部２は、外部から入力される画像信号を受信してコントロールユニット２０に出力する。
【００３３】
ＭＥＭＳミラー１０は、レーザ光源モジュール１００から出射されたレーザ光をスクリーン１１に向けて反射する。また、ＭＥＭＳミラー１０は、画像信号入力部２に入力された画像を表示するためにコントロールユニット２０からの制御によりスクリーン１１上を走査するように回転し、その際の走査位置情報１０ｘ（例えば当該ミラーの角度などの情報）をコントロールユニット２０へ出力する。
【００３４】
受光素子（フォトダイオード）ＰＤは、プリズムＰＺで合成されたレーザ光の強度をモニタするための光検出器である。受光素子ＰＤは、所定面がプリント基板５に接着されている。そして、受光素子ＰＤは、収納部４０内に載置される。このように、受光素子ＰＤは、ケース部３と封止透明カバー４とにより封止されない位置に載置される。そして、受光素子ＰＤは、受光したレーザ光の強度に応じた電流又は電圧の信号Ｓｐｄ（「検出信号」とも呼ぶ。）を生成し、プリント基板５を介してコントロールユニット２０に当該検出信号Ｓｐｄを供給する。
【００３５】
プリント基板５は、ケース部３と対向する面と反対面である封止透明カバー４の表面４１上であって、収納部４０を覆う位置に固定される。プリント基板５は、コントロールユニット２０及び受光素子ＰＤと電気的に接続している。
【００３６】
コントロールユニット２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びフレームメモリなどを有し、レーザ光源ユニット１の全般的な制御を行う。例えば、コントロールユニット２０は、画像信号入力部２から入力される画像信号、ＭＥＭＳミラー１０から入力される走査位置情報１０ｘに基づいて、ＭＥＭＳミラー１０やレーザ光源ＬＤの駆動制御を行う。また、コントロールユニット２０は、受光素子ＰＤから供給された検出信号に基づき、レーザ光の品質の監視を行う。
【００３７】
ここで、レーザ光源モジュール１００の構成について、図２及び図３を参照してさらに詳細に説明する。
【００３８】
図２は、図１の矢印「Ｙ１」の方向からレーザ光源モジュール１００を図示したものである。また、図３は、図１に示す切断面Ａａ−Ａｂによるレーザ光源モジュール１００の断面図である。なお、図２では、説明の便宜上、ケース部３を透過して破線により図示している。また、以後では、垂直上方向「ＶＨ」とは、マウント部３０に対して封止透明カバー４が存在する方向を指し、垂直下方向「ＶＬ」とは、その逆方向を指す。
【００３９】
図２に示すように、ケース部３の底部３８には、赤色レーザ光源ＬＤ１、緑色レーザ光源ＬＤ２及びプリズムＰＺの位置を調整するためのマウント部３０が設けられている。これにより、垂直上方向ＶＨを基準とした、赤色レーザ光源ＬＤ１、緑色レーザ光源ＬＤ２及びプリズムＰＺから入出力される光の高さが調整されている。
【００４０】
また、図２及び図３に示すように、封止透明カバー４は、収納部４０の底面４１１上に形成され、集光レンズ６０及び反射ミラー６１が固定される突設部４４を備える。突設部４４は、収納部４０の底面４１１に対し垂直下方向ＶＬに向かって形成された６面体の形状を有する。そして、突設部４４は、プリズムＰＺと対向するプリズム対向側面４４０に、集光レンズ６０が設置される。また、突設部４４は、プリズム対向側面４４０と対向し、図２の側面視で、底面４１１と約４５度をなす斜面４４１を有する。そして、斜面４４１には、集光レンズ６０から突設部４４を透過したレーザ光を垂直上方向ＶＨに反射する反射ミラー６１が取り付けられている。なお、反射ミラー６１は、斜面４４１と一体形成されていてもよい。
【００４１】
好適には、突設部４４及び収納部４０は、ケース部３を封止透明カバー４で封止した状態で、プリズムＰＺやレーザ光源ＬＤ等のケース部３に載置するチップを取り付ける際に必要となる治具のスペースを利用した位置に設計される。
【００４２】
そして、図２及び図３に示すように、集光レンズ６０は、プリズムＰＺから出射されたレーザ光が反射ミラー６１に向けられるように集光する。そして、反射ミラー６１は、集光レンズ６０から底面４１１に対し略平行に通過したレーザ光を、垂直上方向ＶＨに存在する受光素子ＰＤへ向けて反射する。そして、受光素子ＰＤは、入射したレーザ光に応じた検出信号Ｓｐｄを生成する。
【００４３】
ここで、図１乃至図３に示すレーザ光源モジュール１００の構成に基づく主な作用及び効果について説明する。
【００４４】
図１乃至図３に示すように、プリズムＰＺや各レーザ光源ＬＤ等がケース部３に取り付けられているのと異なり、受光素子ＰＤは、封止透明カバー４に取り付けられている。これにより、受光素子ＰＤを取り付ける際に必要な突部（図８（ａ）乃至（ｃ）の突部２０８Ａ、Ｂ参照。）、及び、当該突部とレーザ光源ＬＤとの間の治具のスペース分（図７（ｃ）及び図８（ｂ）の矢印２０５参照。）をケース部３に設ける必要がない。従って、レーザ光源モジュール１００の小型化が可能である。
【００４５】
また、好適には、封止透明カバー４及びこれに付設される受光素子ＰＤ及び集光レンズ６０並びに反射ミラー６１の設置位置は、チップ状態のレーザ光源ＬＤをケース部３に取り付ける際に必要な治具のスペースを活用した位置に設計される。従って、レーザ光源モジュール１００の小型化が可能である。
【００４６】
また、受光素子ＰＤは、封止透明カバー４の表面４１に対して凹状に形成された収納部４０に収納され、封止透明カバー４によりケース部３内に封止されない位置に配置される。従って、レーザ光源モジュール１００は、プリント基板５に対して受光素子ＰＤが直接に接着されるため、リードフレームを必要としない。よって、リードフレームを設置しない分、レーザ光源モジュール１００の小型化が可能である。
【００４７】
さらに、プリント基板５は、表面４１と同一面上に延在した状態で、受光素子ＰＤを支持している。即ち、プリント基板５は、曲げられることなく、受光素子ＰＤと接着し、かつ表面４１に貼り付けられている。従って、上述の実施例では、プリント基板５には、曲げ応力がかからない。
【００４８】
また、受光素子ＰＤは、上述のように、封止透明カバー４の表面４１に対して凹状に形成された収納部４０に収納されている。これにより、ケース部３内のスペースを有効活用することができ、レーザ光源モジュール１００の小型化が可能である。
【００４９】
また、受光素子ＰＤは、集光性のある集光レンズ６０を介してレーザ光を受光する。従って、レーザ光源モジュール１００は、集光レンズ６０を有することで受光効率を高めることができる。
【００５０】
（製造方法）
次に、レーザ光源モジュール１００の製造方法について、図４を参照して説明する。図４は、レーザ光源モジュール１００を組み立てる手順を示すフローチャートの一例である。
【００５１】
まず、予めプリズムＰＺが取り付けられているケース部３にＣＡＮレーザ（即ち、青色レーザ光源ＬＤ３）を取り付ける（ステップＳ１）。この際、ケース部３に対してＣＡＮレーザを所定の取り付け位置に固定するのみであり、その他の調整は行わない。
【００５２】
次に、出力用レンズ６のケース部３に対する取り付け位置を調整する（ステップＳ２）。具体的には、青色レーザ光源ＬＤ３の出射光の位置がレーザ光源モジュール１００の外部に設けられたターゲット上の目標位置と合っているか、ターゲット上の光径が予め定めた大きさになっているか否か判断する。そして、出射光の位置が目標位置と合い光径が予め定めた大きさになっている場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、その位置に出力用レンズ６を固定する（ステップＳ４）。一方、出射光の位置が目標位置と合っておらず、又は、光径が予め定めた大きさになってない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、引き続きステップＳ２で出力用レンズ６の取り付け位置を調整する。
【００５３】
次に、赤色レーザ光源ＬＤ１又は緑色レーザ光源ＬＤ２のいずれか一方（以後、「第１チップ」とも呼ぶ。）のケース部３に対する固定位置の調整を行う（ステップＳ５）。具体的には、第１チップをチャック等で掴み触針を落として点燈させながら第１チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３の出射光の位置及び光径と一致するように調整する。そして、第１チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３の出射光の位置及び光径と一致する場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、半田などにより第１チップを固定する（ステップＳ７）。一方、第１チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３の出射光の位置及び光径と一致していない場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、引き続きステップＳ５で第１チップの位置を調整する。
【００５４】
次に、赤色レーザ光源ＬＤ１又は緑色レーザ光源ＬＤ２のうち、ステップＳ７で固定していないレーザ光源ＬＤ（「第２チップ」とも呼ぶ。）の固定位置の調整を行う（ステップＳ８）。具体的には、ステップＳ５と同様、第２チップをチャック等で掴み触針を落として点燈させながら第２チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３と第１チップとの出射光の位置及び光径と一致するように調整する。そして、第２チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３と第１チップとの出射光の位置及び光径と一致する場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、半田などにより第２チップを固定する（ステップＳ１０）。一方、第２チップの出射光がターゲット上で青色レーザ光源ＬＤ３と第１チップとの出射光の位置及び光径と一致していない場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、引き続きステップＳ８で第２チップの位置を調整する。
【００５５】
次に、封止透明カバー４をケース部３に取り付ける（ステップＳ１１）。これにより、ケース部３の内部が封止透明カバー４により封止される。そして、プリント基板５に予め接着して固定された受光素子ＰＤの位置調整を行う（ステップＳ１２）。具体的には、受光素子ＰＤ及びプリント基板５をチャック等で掴み、受光素子ＰＤの検出信号Ｓｐｄをモニタしながら、プリズムＰＺにより合成されたレーザ光が正確に検出されているか否かを判断する。これにより、受光素子ＰＤは、プリズムＰＺで合成されて反射ミラー６１で反射したレーザ光が達する位置に調整される。そして、受光素子ＰＤによりレーザ光が検出されていると判断した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、接着剤などを用いて封止透明カバー４の表面４１にプリント基板５を固定する（ステップＳ１４）。一方、受光素子ＰＤによりレーザ光が正しく検出されていないと判断した場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、引き続きＳ１２で受光素子ＰＤの位置を調整する。
【００５６】
このように、受光素子ＰＤは、ＣＡＮレーザ、第１チップ及び第２チップと異なり、封止透明カバー４がケース部３に取り付けられた後、封止透明カバー４に対して位置調整がなされる。従って、この場合、ケース部３の内部には、チャック等の治具で受光素子ＰＤを取り付ける際に必要な当該治具のスペースが必要ない。よって、レーザ光源モジュール１００の小型化を実現することができる。
【００５７】
（他の構成例）
図１乃至図３で示した構成（「第１構成例」とも呼ぶ。）は一例であり、本発明が適用可能なレーザ光源モジュール１００の構成は、これに限定されない。ここで、図５及び図６を参照して、本発明に適用可能なレーザ光源モジュール１００の他の構成例である第２構成例及び第３構成例について説明する。なお、第１構成例と同様の部分については、適宜同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
図５は、第２構成例に係る図３に相当するレーザ光源モジュール１００の断面図の一例である。図５に示すように、第２構成例に係るレーザ光源モジュール１００は、反射ミラー６１を有しない点で、第１構成例と異なる。
【００５９】
図５に示すように、受光素子ＰＤが設置される収納部４０Ａは、垂直下方向ＶＬを基準として、プリズムＰＺの出射光が到達可能な範囲まで延在している。そして、集光レンズ６０は、収納部４０Ａの外側面であってプリズムＰＺと対向するプリズム対向側面４００に固定される。そして、受光素子ＰＤは、収納部４０Ａ内であって、プリズムＰＺ及び集光レンズ６０と略直線上となる位置に固定される。言い換えると、受光素子ＰＤは、プリズムＰＺから出射されて集光レンズ６０を通過したレーザ光が入射可能な位置に設けられる。
【００６０】
また、プリント基板５は、表面４１と接着するカバー接着部５１と、受光素子ＰＤと接着する受光素子接着部５２と、を同一面上に有する。図５に示すように、カバー接着部５１及び受光素子接着部５２は、互いが垂直となる方向に延在している。従って、プリント基板５は、表面４１の延在方向と垂直下方向ＶＬとに向けて曲げられた状態で固定されている。そして、受光素子ＰＤが生成する検出信号は、プリント基板５を介してコントロールユニット２０へ供給される。
【００６１】
図６は、第３構成例に係る図３に相当するレーザ光源モジュール１００の断面図の一例である。図６に示すように、第３構成例に係るレーザ光源モジュール１００は、集光レンズ６０及び反射ミラー６１を有しない点で、第１構成例と異なり、集光レンズ６０を有しない点で、第２構成例と異なる。
【００６２】
図６に示すように、第３構成例では、第２構成例と同様、受光素子ＰＤは、収納部４０Ａ内であって、プリズムＰＺ及び集光レンズ６０と略直線上となる位置に固定される。そして、プリズムＰＺから出射されたレーザ光は、プリズム対向側面４００を透過して受光素子ＰＤへ入射する。プリント基板５は、第２構成例と同様、表面４１と接着するカバー接着部５１と、受光素子ＰＤと接着する受光素子接着部５２と、を有し、表面４１の延在方向と垂直下方向ＶＬとに向けて曲げられた状態で固定されている。そして、受光素子ＰＤが生成する検出信号は、プリント基板５を介してコントロールユニット２０へ供給される。
【００６３】
以上のように、第２構成例及び第３構成例の場合であっても、レーザ光源モジュール１００は、封止透明カバー４に受光素子ＰＤが取り付けられ、受光素子ＰＤと直接接続したプリント基板５を介してプリズムＰＺで合成されたレーザ光の検出信号がコントロールユニット２０へ供給される。従って、第２構成例及び第３構成例によっても、レーザ光源モジュール１００は、チャック等の治具で受光素子ＰＤを取り付ける際に必要な当該治具のスペースをケース部３の内部に必要としないため、小型化が実現される。また、第１構成例と同様、第２構成例及び第３構成例に係るレーザ光源モジュール１００は、リードフレームを必要としないため、リードフレームを必要とする構成に比べて、小型化が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、ヘッドアップディスプレイの光源ユニット、その他映像や画像を投影する際に光源となる光源モジュールに好適に適用される。
【符号の説明】
【００６５】
１ レーザ光源ユニット
２ 画像信号入力部
３ ケース部
４ 封止透明カバー
５ プリント基板
６ 出力用レンズ
１１ スクリーン
２０ コントロールユニット
１００ レーザ光源モジュール
ＬＤ１ 赤色レーザ光源
ＬＤ２ 緑色レーザ光源
ＬＤ３ 青色レーザ光源
ＰＺ プリズム
ＰＤ フォトダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、
前記レーザ光源を収納するケース部と、
前記レーザ光を前記受光素子に導く光学素子と、
を備え、
前記ケース部には、前記光学素子によって導かれた前記レーザ光が照射される位置に開口が設けられており、
前記受光素子は、前記開口の位置に配置されていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項２】
前記受光素子は、前記ケース部の外部から前記開口の位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項３】
前記光学素子を前記受光素子と共に前記開口の位置に配置することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項４】
前記受光素子は、前記開口の位置に間接的に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項５】
前記開口の位置に設けられた封止部を有し、
前記受光素子は、前記封止部を介して前記開口の位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項６】
前記光学素子は、プリズムと前記レーザ光を集光させる集光レンズからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項７】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、
前記レーザ光を前記受光素子に導く光学素子と、
前記レーザ光源を収納し、前記光学素子によって導かれた前記レーザ光が照射される位置に開口を備えるケース部と、を備えるレーザ光源モジュールの製造方法であって、
前記光学素子を前記ケース部に取り付ける第１工程と、
前記第１工程の実行後、前記レーザ光源を前記ケース部に取り付ける第２工程と、
前記第２工程の実行後、前記受光素子を前記開口の位置に配置する第３工程と、
を備えることを特徴とするレーザ光源モジュールの製造方法。
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、
前記レーザ光源を収納するケース部と、
前記レーザ光を前記受光素子に導く光学素子と、
を備え、
前記ケース部には、前記光学素子によって導かれた前記レーザ光が照射される位置に開口が設けられており、
前記受光素子は、前記開口の位置に配置されていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項２】
前記受光素子は、前記ケース部の外部から前記開口の位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項３】
前記光学素子を前記受光素子と共に前記開口の位置に配置することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項４】
前記受光素子は、前記開口の位置に間接的に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項５】
前記開口の位置に設けられた封止部を有し、
前記受光素子は、前記封止部を介して前記開口の位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項６】
前記光学素子は、プリズムと前記レーザ光を集光させる集光レンズからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項７】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするための受光素子と、
前記レーザ光を前記受光素子に導く光学素子と、
前記レーザ光源を収納し、前記光学素子によって導かれた前記レーザ光が照射される位置に開口を備えるケース部と、を備えるレーザ光源モジュールの製造方法であって、
前記光学素子を前記ケース部に取り付ける第１工程と、
前記第１工程の実行後、前記レーザ光源を前記ケース部に取り付ける第２工程と、
前記第２工程の実行後、前記受光素子を前記開口の位置に配置する第３工程と、
を備えることを特徴とするレーザ光源モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９４８９１（Ｐ２０１２−９４８９１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８３６６１（Ｐ２０１１−２８３６６１）
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【分割の表示】特願２０１１−５４３９４５（Ｐ２０１１−５４３９４５）の分割
【原出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【分割の表示】特願２０１１−５４３９４５（Ｐ２０１１−５４３９４５）の分割
【原出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
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